Кипение
Ежедневно мы наблюдаем, как вода и её пар переходят друг в друга. Лужи на асфальте после дождя высыхают, а водяной пар в воздухе по утрам часто превращается в мельчайшие капельки тумана.
Что произойдёт, если сосуд с некоторым объёмом жидкости закрыть крышкой? Каждую секунду поверхность жидкости по-прежнему будут покидать самые быстрые молекулы, её масса будет уменьшаться, а концентрация молекул пара – увеличиваться. Одновременно с этим в жидкость из пара будет возвращаться часть его молекул, и чем больше будет концентрация пара, тем интенсивней будет процесс конденсации. Наконец наступит такое состояние, когда число молекул, возвращающихся в жидкость в единицу времени, в среднем станет равным числу молекул, покидающих её за это время. Такое состояние называют динамическим равновесием, а соответствующий пар – насыщенным паром.
Давление насыщенного пара зависит от вида жидкости и температуры. Чем тяжелее оторвать молекулы жидкости друг от друга, тем меньше будет давление её насыщенного пара. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры представлена на рисунке.
|
Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры
Кипением называется процесс образования большого числа пузырьков пара, происходящий по всему объёму жидкости и на её поверхности при нагревании. На самом деле эти пузырьки присутствуют в жидкости всегда, но их размеры растут, и они становятся заметны только при кипении. Пузырьки расширяются и под действием выталкивающей силы Архимеда отрываются от дна, всплывают и лопаются на поверхности.
Кипение начинается при той температуре, когда пузырьки газа имеют возможность расширяться, а это происходит, если давление насыщенного пара вырастет до атмосферного давления. Таким образом, температура кипения – это температура, при которой давление насыщенного пара данной жидкости равно атмосферному давлению (давлению над поверхностью жидкости).
В кастрюле-скороварке имеется предохранительный клапан, который открывается при давлении 1,4∙105 Па. Температура кипения воды в скороварке
| 1) | равна 100 °С |
| 2) | равна примерно 110 °С |
| 3) | равна примерно 80 °С |
| 4) | зависит от атмосферного давления |
| Ответ: |
Давление насыщенного пара воды при температуре 20 °С составляет около 2 кПа, а давление насыщенного пара ртути при 20 °С – лишь 0,2 Па. Это означает, что
| 1) | кипение воды при температуре 20 °С невозможно |
| 2) | кипение ртути при температуре 20 °С невозможно |
| 3) | взаимодействие между молекулами воды сильнее взаимодействия между молекулами ртути |
| 4) | взаимодействие между молекулами ртути сильнее взаимодействия между молекулами воды |
| Ответ: | 2? |
При выполнении задания 22 с развёрнутым ответом используйте отдельный лист. Запишите сначала номер задания, а затем ответ на него. Полный ответ должен включать не только ответ на вопрос, но и его развёрнутое, логически связанное обоснование. Ответ записывайте чётко и разборчиво.
Можно ли наблюдать процесс пузырькового кипения воды на космической станции в условиях невесомости? Ответ поясните.
Можно, т. к. вес тела не влияет на на кипение воды. На него влияет атмосферное давление. На космической станции процесс кипения происходит гораздо медленнее, чем на Земле, но он происходит.
Часть 2
Для ответов на задания 23–26 используйте отдельный лист. Запишите сначала номер задания (23, 24 и т.д.), а затем ответ к нему. Ответы записывайте чётко и разборчиво.
Используя штатив с муфтой и лапкой, груз с прикреплённой к нему нитью, метровую линейку и секундомер, соберите экспериментальную установку для исследования свободных колебаний нитяного маятника. Определите время 30 полных колебаний и посчитайте частоту колебаний для случая, когда длина нити равна 50 см.
В бланке ответов:
1) сделайте рисунок экспериментальной установки;
2) запишите формулу для расчёта частоты колебаний;
3) укажите результаты прямых измерений числа колебаний и времени колебаний;
4) запишите численное значение частоты колебаний маятника.
Задание 24 представляет собой вопрос, на который необходимо дать письменный ответ. Полный ответ должен содержать не только ответ на вопрос, но и его развёрнутое, логически связанное обоснование.
Что обжигает кожу сильнее: вода или водяной пар одинаковой массы при одной и той же температуре? Ответ поясните.
Сильнее обжигает кожу водяной пар, т. к. внутренняя энергия пара больше внутренней энергии воды, следовательно, когда пар соприкоснется с кожей, выделится больше энергии, чем у горячей воды, образуется ожог.
Для заданий 25–26 необходимо записать полное решение, включающее запись краткого условия задачи (Дано), запись формул, применение которых необходимо и достаточно для решения задачи, а также математические преобразования и расчёты, приводящие к числовому ответу.
Потенциальная энергия пули, выпущенной из ствола вертикально вверх, через 4 с после начала движения равна 40 Дж. Чему равна масса пули, если ее начальная скорость составляет 40 
? Потенциальную энергию пули отсчитывать от уровня старта.
Электрический нагреватель за 20 мин доводит до кипения 2,2 кг воды, начальная температура которой 10 °С. Сила тока в нагревателе 7 А, КПД нагревателя равен 45%. Чему равно напряжение в электрической сети?